一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁及其制备方法

摘要

本发明公开了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁及其制备方法，具体涉及球墨铸铁技术领域，包括以下原料：生铁、废钢、铁素基体回炉料、增碳剂、硅铁、低稀土镁合金球化剂、一次孕育剂、孕育合金、包内孕育剂和保温剂。本发明利用增碳剂和硅铁，从而保证基体中铁素体塑韧性，同时其强度得到提高，在第二次孕育时所形成的有效石墨结晶核心受氧化程度比第一次包内孕育情况下少，进一步使得孕育效果得到改善，在多次孕育处理作用下，金相组织中石墨球的形状明显圆整化，所得球墨铸铁单位面积上石墨球数增加，使得石墨球细化，分布均匀，从而球化率高，且铁素体晶粒细小，提高抗拉强度。

权利要求

1.一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：步骤一：称取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到铁素体球墨铸铁液，加温至1500‑2000℃，对通过光电直读光谱仪对铁素体球墨铸铁液成分进行检测，称取增碳剂、硅铁加入铁素体球墨铸铁液，以调整铁素体球墨铸铁液成分至要求的质量百分数范围；

步骤二：将低稀土镁合金球化剂均匀放置于球化包内，舂紧实后覆盖上粒度为0.5‑6 mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2‑0.6%，炉中铁素体球墨铸铁液温度加热至1430‑1450℃，将铁素体球墨铸铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理的过程中，称取包内孕育剂加入铁素体球墨铸铁液包内，进行第一次孕育处理；

步骤三：对球化后的铁素体球墨铸铁液进行除渣，然后通过冒口撒上保温剂，然后进行浇注铸型，在浇注过程中，添加一次孕育剂，然后覆盖上粒度为0.2‑0.7 mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.1‑0.2%，进行第二次孕育处理，得到铁素体球墨铸铁；

所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.95‑

1.25%；

所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的粒度为4‑32 mm，主要成分重量百分比包括Mg：5‑

7%、RE：0.10‑0.40%、Si：40‑50%，余量为铁；

总的所述孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液合金的0.7‑0.8wt%；

所述步骤三中的一次孕育剂和所述步骤二中的包内孕育剂都为硅钙钡系，主要成分的重量百分比为Si：40‑50%，Ca：0.4‑0.8%，Ba：1.2‑2.2%，余量为铁；

所述一次孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.3‑0.5%；

所述包内孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2‑0.4%。

2.根据权利要求1所述的一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.30‑

3.50%、硅：3.55‑3.85%、锰：≤0.20%、磷：≤0.05%、硫：≤0.02%、镁：0.035‑0.055%、稀土：≤

0.02%，余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤一中所述生铁、废钢以及铁素基体回炉料的比例为30‑50wt%：20‑

40wt%：20‑40wt%。

说明书

一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及球墨铸铁技术领域，更具体地说，本发明涉及一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁及其制备方法。

背景技术

[0002] 风电铸件，对铸件质量稳定性要求极高，传统的冲天炉熔炼新生铁铸造方法已被中频电炉熔炼合成铸铁逐渐取代，废钢、铸铁屑、钢屑等低质炉料和增碳剂组成的合成铸铁的应用以及清洁能源组成的“低碳、环保、可持续发展”所谓的“绿色铸造”以其崭新的姿态为广“大铸造企业所接受。

[0003] 在生产过程中，原辅料质量要求高，生铁中微量元素需要控制在很低的水平；在对铁水球化、孕育处理时，工艺要求严格。导致生产中需要高质量的原辅料，增加生产成本；严格的孕育处理工艺，对操作人员水平要求高，目前EN 1563：2012规定的硅固溶强化铁素铁牌号材料中，EN‑GJS‑500‑14、EN‑GJS‑600‑10，EN‑GJS‑500‑14屈强比为0.778，EN‑GJS‑600‑10屈强比为0.755，两者屈强比偏低，屈强比是指材料的屈服点，即屈服强度与抗拉强度的比值。

[0004] 现有的硅固溶强化铁素铁材料生产的球墨铸铁，不能满足人们的使用需求，球墨铸铁的屈服强度、抗拉强度和屈强比较低，球墨铸铁的力学性能不好。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何提高球墨铸铁的屈服强度、抗拉强度和屈强比。

[0006] 本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，具体制备步骤如下：

[0007] 步骤一：称取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到铁素体球墨铸铁液，加温至1500‑2000℃，对通过光电直读光谱仪对铁素体球墨铸铁液成分进行检测，称取增碳剂、硅铁加入铁素体球墨铸铁液，以调整铁素体球墨铸铁液成分至要求的质量百分数范围；

[0008] 步骤二：将低稀土镁合金球化剂均匀放置于球化包内，其舂紧实后覆盖上粒度为0.5‑6mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2‑0.6％，炉中铁素体球墨铸铁液温度加热至1430‑1450℃，将铁素体球墨铸铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理的过程中，称取包内孕育剂加入铁素体球墨铸铁液包内，进行第一次孕育处理；

[0009] 步骤三：对球化后的铁素体球墨铸铁液进行除渣，然后通过冒口撒上保温剂，然后进行浇注铸型，在浇注过程中，添加一次孕育剂，然后覆盖上粒度为0.2‑0.7mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.1‑0.2％，进行第二次孕育处理，得到铁素体球墨铸铁。

[0010] 在一个优选的实施方式中：所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.30‑3.50％、硅：3.55‑3.85％、锰：≤0.20％、磷：≤0.05％、硫：≤0.02％、镁：0.035‑0.055％、稀土：≤0.02％，余量为铁。

[0011] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.95‑1.25％。

[0012] 在一个优选的实施方式中：所述步骤一中所述生铁、废钢以及铁素基体回炉料的比例为30‑50wt％：20‑40wt％：20‑40wt％。

[0013] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的粒度为4‑32mm，主要成分重量百分比包括Mg：5‑7％、RE：0.10‑0.40％、Si：40‑50％，余量为铁。

[0014] 在一个优选的实施方式中：总的所述孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液合金的0.7‑0.8wt％。

[0015] 在一个优选的实施方式中：所述一次孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.3‑0.5％。

[0016] 在一个优选的实施方式中：所述包内孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2‑0.4％。

[0017] 本发明的技术效果和优点：

[0018] 1、采用本发明的原料配方所制备出的球墨铸铁，在第二次孕育时是在铁素体球墨铸铁液浇注时将一次孕育剂加入铁素体球墨铸铁液中的，所形成的有效石墨结晶核心受氧化程度比第一次包内孕育情况下少，进一步使得孕育效果得到改善，在多次孕育处理作用下，金相组织中石墨球的形状明显圆整化，所得球墨铸铁单位面积上石墨球数增加，使得石墨球细化，分布均匀，从而球化率高，且铁素体晶粒细小，提高抗拉强度。

[0019] 2、本发明的原料配方所制备出的球墨铸铁，通过加入增碳剂和硅铁，可以充分发挥了成分中碳、硅的作用，保证基体中铁素体塑韧性的同时，高含量硅元素固溶于铁素体中，其强度得到提高，在合成铸铁铁素体球墨铸铁液中，大量增碳剂的存在在铁水中生成了大量弥散的均匀的非均质结晶核心，降低了铁水的过冷度，促使生成以A型石墨为主的石墨组织，A型石墨片分枝发达不易长大，变得细小且均匀，较好的改善了铸件的切削性。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 实施例1：

[0022] 本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，具体制备步骤如下：

[0023] 步骤一：称取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到铁素体球墨铸铁液，加温至1500℃，对通过光电直读光谱仪对铁素体球墨铸铁液成分进行检测，称取增碳剂、硅铁加入铁素体球墨铸铁液，以调整铁素体球墨铸铁液成分至要求的质量百分数范围；

[0024] 步骤二：将低稀土镁合金球化剂均匀放置于球化包内，舂紧实后覆盖上粒度为3mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2％，炉中铁素体球墨铸铁液温度加热至1450℃，将铁素体球墨铸铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理的过程中，称取包内孕育剂加入铁素体球墨铸铁液包内，进行第一次孕育处理；

[0025] 步骤三：对球化后的铁素体球墨铸铁液进行除渣，然后通过冒口撒上保温剂，然后进行浇注铸型，在浇注过程中，添加一次孕育剂，然后覆盖上粒度为0.2mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.1％，进行第二次孕育处理，得到铁素体球墨铸铁。

[0026] 在一个优选的实施方式中：所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.30％、硅：3.55％、锰：0.1％、磷：0.04％、硫：0.01％、镁：0.034％、稀土：0.01％，余量为铁。

[0027] 在一个优选的实施方式中：所述步骤三中的一次孕育剂和所述步骤二中的包内孕育剂都为硅钙钡系，主要成分的重量百分比为Si：45％，Ca：0.6％，Ba：1.9％，余量为铁。

[0028] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的1.15％。

[0029] 在一个优选的实施方式中：所述步骤一中所述生铁、废钢以及铁素基体回炉料的比例为30wt％：20wt％：20wt％。

[0030] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的粒度25mm，主要成分重量百分比包括Mg：6％、RE：0.2％、Si：45％，余量为铁。

[0031] 在一个优选的实施方式中：总的所述孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液合金的0.8％。

[0032] 在一个优选的实施方式中：所述一次孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.4％。

[0033] 在一个优选的实施方式中：所述包内孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.3％。

[0034] 实施例2：

[0035] 与实施例1不同的是，本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，包括所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.50％、硅：3.85％、锰：0.20％、磷：0.05％、硫：0.02％、镁：0.055％、稀土：0.02％，余量为铁。

[0036] 实施例3：

[0037] 与实施例1‑2均不同的是，本发明提供的一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，包括所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.35％、硅：3.58％、锰：0.15％、磷：0.45％、硫：0.15％、镁：0.045％、稀土：0.01％，余量为铁。

[0038] 实施例4：

[0039] 本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，具体制备步骤如下：

[0040] 步骤一：称取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到铁素体球墨铸铁液，加温至1500℃；

[0041] 步骤二：将低稀土镁合金球化剂均匀放置于球化包内，舂紧实后覆盖上粒度为3mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.2％，炉中铁素体球墨铸铁液温度加热至1450℃，将铁素体球墨铸铁液倒入球化包进行球化处理，球化处理的过程中，称取包内孕育剂加入铁素体球墨铸铁液包内，进行第一次孕育处理；

[0042] 步骤三：对球化后的铁素体球墨铸铁液进行除渣，然后通过冒口撒上保温剂，然后进行浇注铸型，在浇注过程中，添加一次孕育剂，然后覆盖上粒度为0.2mm的孕育合金，孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.1％，进行第二次孕育处理，得到铁素体球墨铸铁。

[0043] 在一个优选的实施方式中：所述步骤三中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.30％、硅：3.55％、锰：0.1％、磷：0.04％、硫：0.01％、镁：0.034％、稀土：0.01％，余量为铁。

[0044] 在一个优选的实施方式中：所述步骤三中的一次孕育剂和所述步骤二中的包内孕育剂都为硅钙钡系，主要成分的重量百分比为Si：45％，Ca：0.6％，Ba：1.9％，余量为铁。

[0045] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的加入量为铁素体球墨铸铁液总重量的1.15％。

[0046] 在一个优选的实施方式中：所述步骤一中所述生铁、废钢以及铁素基体回炉料的比例为30wt％：20wt％：20wt％。

[0047] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中低稀土镁合金球化剂的粒度25mm，主要成分重量百分比包括Mg：6％、RE：0.2％、Si：45％，余量为铁。

[0048] 在一个优选的实施方式中：总的所述孕育合金的加入量为铁素体球墨铸铁液合金的0.8％。

[0049] 在一个优选的实施方式中：所述一次孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.4％。

[0050] 在一个优选的实施方式中：所述包内孕育剂用量为铁素体球墨铸铁液总重量的0.3％。

[0051] 实施例5：

[0052] 本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，具体制备步骤如下：

[0053] 步骤一：称取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到铁素体球墨铸铁液，加温至1500℃，对通过光电直读光谱仪对铁素体球墨铸铁液成分进行检测，称取增碳剂、硅铁加入铁素体球墨铸铁液，以调整铁素体球墨铸铁液成分至要求的质量百分数范围；

[0054] 步骤二：对球化后的铁素体球墨铸铁液进行除渣，然后通过冒口撒上保温剂，然后进行浇注铸型，得到铁素体球墨铸铁。

[0055] 在一个优选的实施方式中：所述步骤二中得到的铁素体球墨铸铁中各元素成分的质量分数为：碳：3.30％、硅：3.55％、锰：0.1％、磷：0.04％、硫：0.01％、镁：0.034％、稀土：0.01％，余量为铁。

[0056] 对比例：

[0057] 本发明提供了一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁，包括生铁30％、废钢20％、铁素基体回炉料20％。

[0058] 在一个优选的实施方式中：所述生铁、废钢以及铁素基体回炉料的比例为30wt％：20wt％：20wt％。

[0059] 本发明还提供一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁的制备方法，具体制备步骤如下：

[0060] 步骤一：取生铁、废钢、铁素基体回炉料加入中频感应电炉中，全部熔化，得到钢液，加温至1500℃。

[0061] 步骤二：进行浇注铸型，得到球墨铸铁。

[0062] 以上实施例和对比例中的原料来源为：保温剂为新密市正阳铸造材科厂生产且型号为FGJ‑006，增碳剂为河北恒光矿产品有限公司生产且货号为01、品牌为恒光、型号为1‑3mm，一次孕育剂为河南鑫盘硅业有限公司生产且型号为SiBa，包内孕育剂为安阳正德冶金有限公司生产且品牌为正德冶金。

[0063] 取上述实施例1‑5所制得的球墨铸铁分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，选取对比例生产的一种风电铸件用硅固溶强化铁素体球墨铸铁作为对照组，对选择的球墨铸铁进行屈服强度、抗拉强度、屈强比、拉伸率和珠光体测试，(按照万能拉伸试验机、探伤检测、力学性能检测并记录)，根据GB/T232‑2010测定球墨铸铁的屈服强度，根据GB/T16491‑1996电子万能材料试验机检测标准检测球墨铸铁的抗拉强度，测试结果如表一：

[0064]

[0065] 表一

[0066] 由表一可知，采用本发明生产的球墨铸铁屈服强度、抗拉强度和屈强比更高，实施例4相对比实施例1未添加增碳剂、硅铁，其珠光体、抗拉强度降低，实施例5相对比实施例1未进行多次孕育，其屈服强度、抗拉强度和屈强比降低，通过加入增碳剂5和硅铁，可以充分发挥了成分中碳、硅的作用，保证基体中铁素体塑韧性的同时，高含量硅元素固溶于铁素体中，其强度得到提高，在合成铸铁铁素体球墨铸铁液中，大量增碳剂的存在在铁水中生成了大量弥散的均匀的非均质结晶核心，降低了铁水的过冷度，促使生成以A型石墨为主的石墨组织，A型石墨片分枝发达不易长大，变得细小且均匀，较好的改善了铸件的切削性，在第二次孕育时是在铁素体球墨铸铁液浇注是将一次孕育剂加入铁素体球墨铸铁液中的，所形成的有效石墨结晶核心受氧化程度比第一次包内孕育情况下少，进一步使得孕育效果得到改善，在多次孕育处理作用下，金相组织中石墨球的形状明显圆整化，所得球墨铸铁单位面积上石墨球数增加，使得石墨球细化，分布均匀，从而球化率高，且铁素体晶粒细小，提高抗拉强度。

[0067] 最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。